JP2015042989A - マルチセンサ音源定位 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明のマルチセンサSSL技術の実施形態の説明を提供する前に、この実施形態の一部を実装できる適切なコンピューティング環境の、簡潔且つ一般的な説明を行う。本発明のマルチセンサSSL技術は、多数の汎用目的又は特殊目的のコンピューティングシステム環境又は構成で動作可能である。適切である可能性がある公知なコンピューティングシステム、環境、及び/又は構成の例には、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、ハンドヘルド又はラップトップデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのシステム、セットトップボックス、プログラム可能な家電製品、ネットワークPC、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、上記システム又は装置のいずれかを含む分散コンピューティング環境、等が含まれるが、これらに限らない。
本発明のマルチセンサ音源定位(SSL)技術は、残響及び環境雑音を示す環境内の音源が発する音を拾うように配置した複数の音声センサを有するマイクロホンアレイにより出力される信号を用いて、音源の位置を推定する。図2を参照すると、一般に本発明の技術は、このアレイ内の各音声センサからの出力信号をまず入力することを伴う(200)。次に、全ての入力した音声センサ出力信号が同時に生成される尤度を最大化する、音源から音声センサへの伝播時間をもたらすこととなる音源の位置を選択する(202)。次に、選択した位置を、推定音源位置として指定する(204)。
P個の音声センサからなるアレイを考える。音源s(t)が与えられると、これらのセンサで受信される信号を次のようにモデル化することができる。
式(10)から導出したアルゴリズムは正確なMLアルゴリズムではないことに留意されたい。これは、式(10)中の最適な重みが2つのセンサに対してしか導出されないからである。3つ以上のセンサを使用するときは、式(7)の採用はセンサ対が独立でありそれらの尤度を乗算できることを仮定するが、これは疑問である。本発明のマルチセンサSSL技術は複数の音声センサの場合に対して正確なMLアルゴリズムであり、これを次に説明する。
以上の説明を通した前述の実施形態のいずれか又は全てを、追加の複合実施形態を形成することを望まれる任意の組合せで使用してもよいことに留意されたい。本発明の主題を構造的特徴及び/又は方法論的動作に固有な言葉で説明したが、添付の特許請求の範囲で定義した本発明の主題は、必ずしも上述した特定の特徴又は動作に限定されないことは理解されよう。そうではなく、上述の特定の特徴及び動作は添付の諸請求項を実施する形態の例として開示される。
Claims (16)
- 残響及び環境雑音を示す環境内の音源が発する音を拾うように配置した複数の音声センサを有するマイクロホンアレイにより出力される信号を用いて音源の位置を推定するコンピュータ実装型プロセスであって、コンピュータを用いて実施する以下のプロセス動作、すなわち、
前記音声センサの各々により出力される前記信号を入力するステップと、
最尤計算を用いて音源の位置を特定するステップであって、前記音源の位置は、前記音源の位置から音が発せられた場合に、前記音声センサにより出力される実際の信号に最も近似にマッチする、前記音声センサにより出力される前記信号をもたらすこととなる、前記音源の位置から前記音声センサの各々への、前記発せられた音の伝播時間を示す位置であり、前記最尤計算は、前記実際の信号に最も近似にマッチする前記信号を計算する際に、前記音声センサ毎の遅延副成分および振幅副成分を含む音声センサ応答の推定を用いる、特定するステップと、
前記特定された音源の位置を推定音源位置として指定するステップと
を備えることを特徴とするコンピュータ実装型プロセス。 - 前記音源の位置を特定する前記プロセス動作は、
各センサ出力信号を、
前記音源が発する音に応答して前記音声センサにより生成され、前記遅延副成分と前記振幅副成分とを含む前記センサ応答により修正される音源信号と、
前記音源が発する前記音の残響に応答して前記音声センサにより生成される残響雑音信号と、
環境雑音に応答して前記音声センサにより生成される環境雑音信号と
を含む信号成分の組合せとして特徴付けるステップと、
各音声センサに関連する前記センサ応答の振幅副成分、残響雑音信号及び環境雑音信号を測定又は推定するステップと、
前記音声センサの各々に対する所定の組の候補音源位置の各々に対して前記センサ応答の遅延副成分を推定するステップであって、各候補音源位置は前記音源の可能な位置を表すステップと、
前記センサの前記センサ応答により修正されていなければ前記音源が発する音に応答して各音声センサにより生成されることとなる推定音源信号を、各候補音源位置に対する各音声センサに関連する、測定又は推定したセンサ応答の振幅副成分、残響雑音信号、環境雑音信号、及びセンサ応答の遅延副成分を用いて計算するステップと、
各音声センサに対する推定センサ応答出力信号を、各候補音源位置に対する各音声センサに関連する、測定又は推定した音源信号、センサ応答の振幅副成分、残響雑音信号、環境雑音信号、及びセンサ応答の遅延副成分を用いて計算するステップと、
各音声センサに対する推定したセンサ出力信号を対応する実際のセンサ出力信号と比較し、どちらの候補音源位置が、全体として前記音声センサに対する前記実際のセンサ出力信号に最も近い一組の推定センサ出力信号を生成するかを判定するステップと、
前記最も近い組の推定センサ出力信号に関連する前記候補音源位置を、選択された音源位置として指定するステップと
の動作を備えることを特徴とする請求項1に記載のコンピュータ実装型プロセス。 - 各音声センサに関連する前記センサ応答の振幅副成分、残響雑音信号及び環境雑音信号を測定又は推定する前記プロセス動作は、
前記センサ出力信号を測定するステップと、
前記環境雑音信号を、前記音源信号と前記残響雑音信号とを含む信号成分を含まない前記測定したセンサ信号の部分に基づいて推定するステップと
の動作を含むことを特徴とする請求項2に記載のコンピュータ実装型プロセス。 - 音声センサの前記センサ応答の遅延副成分は前記音源が発する音の前記音声センサへの伝播時間に依存し、前記音声センサの各々に対する前記所定の組の候補音源位置の各々に対して前記センサ応答の遅延副成分を推定する前記プロセス動作は、
音源の位置を推定する前に、前記一組の候補音源位置を定めるステップと、
音源の位置を推定する前に、前記候補音源位置に関係する各音声センサの位置を定めるステップと、
各音声センサ及び各候補音源位置に対して、前記音源が前記候補音源位置に位置する場合に、前記音源が発する音の前記音声センサへの伝播時間を計算するステップと、
各センサ及び候補位置に対応する計算した伝播時間を用いて、前記音声センサの各々に対する前記所定の組の候補音源位置の各々に対して前記センサ応答の遅延副成分を推定するステップと
の動作を含むことを特徴とする請求項2に記載のコンピュータ実装型プロセス。 - 前記一組の候補音源位置を定める前記プロセス動作は、前記マイクロホンアレイを取り囲む標準的なパターンで位置を選択するステップの動作を含むことを特徴とする請求項4に記載のコンピュータ実装型プロセス。
- 前記マイクロホンアレイを取り囲む標準的なパターンで位置を選択するステップの前記プロセス動作は、前記複数の音声センサにより定義される平面内の、半径が増大していく一組の同心円の各々の周りの、一定間隔にある点を選択するステップの動作を含むことを特徴とする請求項5に記載のコンピュータ実装型プロセス。
- 前記一組の候補音源位置を定める前記プロセス動作は、前記音源位置が位置することが分かっている前記環境の領域中の位置を選択するステップの動作を含むことを特徴とする請求項4に記載のコンピュータ実装型プロセス。
- 前記一組の候補音源位置を定める前記プロセス動作は、
前記マイクロホンアレイから前記音源が位置する任意の方向を定めるステップと、
前記任意の方向にある前記環境の領域中の位置を選択するステップと
の動作を含むことを特徴とする請求項4に記載のコンピュータ実装型プロセス。 - どちらの候補音源位置が、全体として前記音声センサに対する前記実際のセンサ出力信号に最も近い一組の推定センサ出力信号を生成するかを判定するステップの前記プロセス動作は、
ωは着目する周波数を示し、Pを音声センサiの総数、αi(ω)を前記音声センサ応答の前記振幅副成分、γを所定の雑音パラメータ、|Xi(ω)|2を前記センサ信号Xi(ω)に対する音声センサの出力信号電力スペクトル、E{|Ni(ω)|2}を前記信号Xi(ω)の期待される環境雑音電力スペクトルとし、*は複素共役を示し、及びτiを、前記音源が前記候補音源位置にあった場合の前記音源が発する音の前記音声センサiへの伝播時間とした場合、各候補音源位置に対して、式
前記式を最大化する前記候補音源位置を、全体として前記音声センサに対する前記実際のセンサ出力信号に最も近い一組の推定センサ出力信号を生成する音源位置として指定するステップと
の動作を含むことを特徴とする請求項2に記載のコンピュータ実装型プロセス。 - どちらの候補音源位置が、全体として前記音声センサに対する前記実際のセンサ出力信号に最も近い一組の推定センサ出力信号を生成するかを判定するステップの前記プロセス動作は、
ωは着目する周波数を示し、Pを音声センサiの総数、γを所定の雑音パラメータ、|Xi(ω)|2を前記センサ信号Xi(ω)に対する音声センサの出力信号電力スペクトル、E{|Ni(ω)|2}を前記信号Xi(ω)の期待される環境雑音電力スペクトル、及びτiを、前記音源が前記候補音源位置にあった場合の前記音源が発する音の前記音声センサiへの伝播時間とした場合、各候補音源位置に対して、式
前記式を最大化する前記候補音源位置を、全体として前記音声センサに対する前記実際のセンサ出力信号に最も近い一組の推定センサ出力信号を生成する音源位置として指定するステップと
の動作を含むことを特徴とする請求項2に記載のコンピュータ実装型プロセス。 - 残響及び環境雑音を示す環境において音源の位置を推定するシステムであって、
前記音源が発する音を拾うように配置した2つ又は複数の音声センサを有するマイクロホンアレイと、
汎用目的コンピューティング装置と、
前記コンピューティング装置により実行可能なプログラムモジュールを含むコンピュータプログラムであって、前記コンピューティング装置は、前記コンピュータプログラムの前記プログラムモジュールにより、
前記音声センサの各々により出力される信号を入力し、
各音声センサ出力信号の周波数変換を計算し、
各々が前記音源の可能な位置を表す一組の候補音源位置を定め、
各候補音源位置及び各音声センサに対して、iがいずれかの音声センサを表すものとして、前記候補音源位置から前記音声センサまでの伝播時間τiを計算し、
各周波数変換した音声センサ出力信号の着目する各周波数に対して、
ωは着目するいずれかの周波数を表すものとし、前記信号に関連すると期待される環境雑音電力スペクトルである、前記信号Xi(ω)の期待される環境雑音電力スペクトルE{|Ni(ω)|2}を推定し、
前記信号Xi(ω)に対して音声センサ出力信号電力スペクトル|Xi(ω)|2を計算し、
前記信号Xi(ω)に関連する前記センサの音声センサ応答の振幅副成分αi(ω)を測定し、
Pを音声センサの総数とし、*は複素共役を示し、及びγを所定の雑音パラメータとした場合、各候補音源位置に対して式
前記式を最大化する前記候補音源位置を推定音源位置として指定するように指示されるコンピュータプログラムと
を含むシステム。 - 前記マイクロホンアレイにより出力される前記信号はデジタル信号であり、前記音声センサ出力信号の各々の着目する周波数、各信号の前記期待される環境雑音電力スペクトル、各信号の前記音声センサ出力信号電力スペクトル、及び前記信号に関連する前記音声センサ応答の前記振幅成分は、前記デジタル信号により定義される周波数ビンであり、前記式は、前記周波数に渡る積分としてではなく前記周波数ビンの全てに渡る総和として計算されることを特徴とする請求項11に記載のシステム。
- 各音声センサ出力信号の周波数変換を計算する前記プログラムモジュールは、前記周波数変換を、前記音源により示されることが分かっている周波数のみに限定するためのサブモジュールを含むことを特徴とする請求項11に記載のシステム。
- 前記所定の雑音パラメータγは0.1から0.5の間の範囲の値であることを特徴とする請求項11に記載のシステム。
- 残響及び環境雑音を示す環境において音源の位置を推定するシステムであって、
前記音源が発する音を拾うように配置した2つ又は複数の音声センサを有するマイクロホンアレイと、
汎用目的コンピューティング装置と、
前記コンピューティング装置により実行可能なプログラムモジュールを含むコンピュータプログラムであって、前記コンピューティング装置は、前記コンピュータプログラムの前記プログラムモジュールにより、
前記音声センサの各々により出力される信号を入力し、
各音声センサ出力信号の周波数変換を計算し、
各々が前記音源の可能な位置を表す一組の候補音源位置を定め、
iがいずれかの音声センサを表すものとした場合に、各候補音源位置及び各音声センサに対して、前記候補音源位置から前記音声センサまでの伝播時間τiを計算し、
各周波数変換した音声センサ出力信号の着目する各周波数に対して、
ωは着目するいずれかの周波数を表すものとし、前記信号に関連すると期待される環境雑音電力スペクトルである、前記信号Xi(ω)の期待される環境雑音電力スペクトルE{|Ni(ω)|2}を推定し、
前記信号Xi(ω)に対して音声センサ出力信号電力スペクトル|Xi(ω)|2を計算し、
Pを音声センサの総数、及びγを所定の雑音パラメータとした場合、各候補音源位置に対して、
前記式を最大化する前記候補音源位置を推定音源位置として指定するように指示されるコンピュータプログラムと
を含むシステム。 - 前記マイクロホンアレイにより出力される前記信号はデジタル信号であり、前記音声センサ出力信号の各々の着目する周波数、各信号の前記期待される環境雑音電力スペクトル、及び各信号の前記音声センサ出力信号電力スペクトルは、前記デジタル信号により定義されるところの周波数ビンであり、前記式は前記周波数に渡る積分としてではなく前記周波数ビンの全てに渡る総和として計算されることを特徴とする請求項15に記載のシステム。
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